人教课标版电磁感应导学案

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1、第四章电磁感应 一、划时代的发现 要点导学 、不同自然现象之间是有相互联系的，而这种联系可以通过我们的观察与思考 来发现。例如摩擦生热则表明了机械运动与热运动是互相联系的，奥斯特之所以 能够发现电流产生磁场，就是因为他相信不同自然现象之间是互相联系和互相转 化的。 、机遇总是青睐那些有准备的头脑，奥斯特的发现是必然中的偶然。发现中子 的历史过程（在选修中学习）也说明了这一点。小居里夫妇首先发现这种不带电 的未知射线，他们误认为这是能量很高的射线，一项划时代的伟大发现就与小居 里夫妇擦肩而过了。当查德威克遇到这种未知射线时，查德威克很快就想到这种 不带电的射线可能是高速运动的中子流，因为查德威克

2、的老师卢瑟神福早已预言 中子的存在，所以查德威克的头脑是一个有准备的头脑，查德威克就首先发现了 中子，并因此获得诺贝尔物理学奖。所以学会用联系的眼光看待世界，比记住奥 斯特实验重要得多。 、法拉第就是用联系的眼光看待世界的人，他坚信既然电流能够产生磁场，那 么利用磁场应该可以产生电流。信念是一种力量， 但信念不能代替事实。 探索“磁 生电”的道路非常艰苦，法拉第为此寻找了年之久，我们要学习的就是这种百折 不挠的探索精神。 、法拉第为什么走了年弯路，这个问题值得我们研究。原来自然界的联系不是 简单的联系，自然界的对称不是简单的对称，“磁生电”不象“电生磁”那样简 单，“磁生电”必须在变化、运动的

3、过程中才能出现。法拉第的弯路应该使我们 对自然界的联系和对称的认识更加深刻、更加全面。 范例精析 例奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过年的努力终于发现了利 用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场 产生电流。法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么。 解析法拉第把能引起感应电流的实验现象归纳为五类：变化的电流、变化的磁场、 运动的恒定电流、 运动的磁铁、 在磁场中运动的导体。 它们都与变化和运动有关。 拓展法国物理学家安培也曾将恒定电流或磁铁放在导体线圈的附近，希望在线圈 中看到被“感应”出来的电流，可是这种努力均无收获。因为“磁生电”是在

4、变 化或运动中产生的物理现象。 例自然界的确存在对称美，质点间的万有引力1m2和电荷间的库仑力就是一个对称 美的例子。电荷间的相互作用是通过电场传递的，质点间的相互作用则是通过引 力场传递的。点电荷的在相距为处的电场强度是，那么质点在相距为处的引力场 强度是多少呢？如果两质点间距离变小，引力一定做正功，两质点的引力势能一 定减少。如果两电荷间距离变小，库仑力一定做正功吗？两电荷的电势能一定减 少吗？请简述理由。 解析可以应用点电荷电场的定义方法定义质点的引力场强度如果两电荷间距离变 小，库仑力不一定做正功，因为库仑力可能是吸引力，也可能是排斥力。如果库 仑力是吸引力，两电荷间距离变小则电势能减

5、少；如果库仑力是排斥力，则两电 荷间距离变小电势能增大。 拓展由以上分析可见，万有引力和库仑力虽然有对称性，但是因为电荷有正负两 种，而质点只有一种，所以库仑力做功的情况就要比万有引力做功复杂一些。 能力训练 史料记载“ 1831 年8月29日这一天， 法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到检流计指针动了 一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动。”法拉第因此发现了电磁感应现象， 图4-1-1是这个实验的示意图。又有史料记载“瑞士物理学家科拉顿设计了一个利用磁铁在闭 合线圈中获取电流的实验：将一块磁铁在螺线管中移动，使导线中产生感应电流。为了排除 磁铁移动对检流计指针偏转的影响，他把检流计放到隔

6、壁房间中去，用长导线把检流计和螺 线管连接起来。实验开始了，科拉顿把磁铁插到线圈中去以后，就跑到隔壁房间中去，但他 十分痛心地看到检流计的小磁针静止在原位。”科拉顿没能发现电磁感应现象，他的实验示 意图见图。请你分析一下，科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是什么？ 科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是因为电磁感应现象是在变化或运动的过程 中出现的，当科拉顿赶到隔壁房间去时，检流小磁针已经动过了，所以他没能看 到电磁感应现象。 科学家对自然现象和自然规律的某些信念在科学发现中起着重要的作用。结合 具体例子说说这种作用。 牛顿相信使苹果下落的力和“ 使月亮下落的力” 是同一种力， 导致万有引力定律的发

7、现（牛顿认 为如果月亮不下落，应该是沿轨道圆的切线运动，现在月亮沿圆周运动，所以月亮实际上是 下落了）；奥斯特、法拉第相信电与磁是相互联系的，导致他们分别发现了电流的磁效应和电 磁感应现象。 设有两个物体，一个是热的，另一个是冷的，或更确切他说：一个物体的温度 比另一个高些。 我们使它们进行接触， 并使它们不受到任何外界影响，我们知道， 最后它们会达到同样的温度。但是这个情况是怎样发生的呢？从它们开始接触起 到它们达到同样温度的时间里，究竟发生了什么呢？有人的脑海中想象这么一个 图景：热从一个物体流向另一个物体， 正如水由较高的水位流向较低的水位一样。 于是这些人因此提出这样的类比：“水热水”

8、，“较高的水位较高的温 度”，“较低的水位较低的温度”，水的流动一直要继续到两个水位相同， 热的流动也要到温度相等时才停止。这些人的观点是：“热是一种物质，就像物 体的质量一样。它的量可以改变，也可以不改变，正如钱一样，可以储存在保险 柜里，也可以花掉。只要保险柜始终锁着，柜里面钱的总数就始终保持不变，和 这一样，一个被隔离的物体中的质量的总数和热的总数也是不变的。” 请你对上述观点作些点评，如果同意就说说论据，如果反对就说说理由。 这种类比的思想方法不能否定，但得出的结论不能苟同。例如我们用一砂轮打摩 一铁块，铁块和铁屑的总质量是不改变的，但是只要打摩不停，热就可以源源不 断地增加。可见热是

9、一种能量，它可以从其它形式的能量转化而来。这一例子也 告诉我们，对自然现象的联系与对称要深刻研究，全面理解。 请你说说教科书把科学发现中经历的失败和挫折表达出来有什么意义？ 失败和挫折能够起到警示作用，使我们更加聪明，少走弯路。 二、探究电磁感应产生的条件 要点导学 本节主要探究电磁感应产生的条件。 、探究的方法主要是实验。 连同初中学习的一个实验， 课文介绍了三个实验， 见图4-2-1，图和图。我们要认真做好这三个实验， 并从这三个实验中分析、 归纳、 概括出电磁感应产生的条件。 学习初中物理时，我们已经知道：闭合电路的一部分导体切割磁感应线，电 路就会产生感应电流。那么在普遍情况下，电磁感

10、应产生的条件是什么呢？完成 下面两张表格可以帮助我们发现三个实验之间的内在联系。 表格一、磁铁相对于线圈运动时的电磁感应现象（图4-2-2） 磁铁的动作情况电流计指针的动作磁铁的动作情况电流计指针的动作 极插入线圈极插入线圈 极停在线圈中指针无动作极停在线圈中指针无动作 极从线圈中抽出从线圈中抽出 表格二、线圈中的电流变化时的电磁感应现象（图4-2-3） 线圈中电流的变化情况线圈中磁场的变化情况电流计指针的动作 开关闭合的瞬间 开关断开的瞬间 开关闭合滑动变阻器不动中的磁场不变指针无动作 开关闭合变阻器电阻变化 、对实验现象的归纳。从上面的两张表格中我们可以看到，指针无动作时， 无一例外地线圈

11、中的磁场都是不变化的，那么在上面的表格中，凡是指针有动作 的，线圈中的磁场又有什么共同点呢？请你用尽可能简单的语言表达它们的共同 点： 。在图4-2-1所示的实验中，磁场是不变的，只是导体在切割磁感线运动而产生 了电磁感应，这种方式产生电磁感应与上面所说的线圈中磁场变化产生电磁感应 之间肯定是有联系的。前者是磁场不变但闭合电路包围磁场的面积在变，后者是 闭合电路的面积不变，但电路中的磁场在变。由此可见，穿过闭合电路的磁场变 化或者电路包围磁场的面积变化都会引起电磁感应。 、概括电磁感应的条件。由于闭合电路的面积与垂直穿过此面积的磁感应强 度的乘积叫做磁通量，所以产生感应电流的条件是：穿过闭合电

12、路的磁通量发生 变化。 从磁感线的角度来看，磁通量就是穿过闭合电路的磁感线的数目，因此即 使磁场和闭合电路的面积都不变，如果磁场与闭合电路所在平面之间的夹角变化 （如由垂直变为不垂直） ，磁通量也会发生变化。 范例精析 例如图 4-2-4所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈垂直磁场放置，现使线圈做如下几种运动： （）向上加速平移， （未出磁场） ， （）匀速向右平移， （）绕边转，其中线圈中能产生感应 电流的是。 解析：要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生 变化。在（）中穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面 积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变

13、化，线圈中没有感应电流产生。在 （）中线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减少，穿过线圈的磁通量 在减少，所以线圈中有感应电流产生。在()中，线圈从图示位置绕边转动的过程 中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条 数在减少，故磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生。 拓展： 在判断是否有感应电流时，除了确定是闭合电路外，如闭合电路是在匀强 磁场中，则着重判断闭合电路在磁场中的面积是否变化，以及和磁感线的夹角是 否发生变化，以确定磁通量是否变化，从而确定是否有感应电流发生。 例如图4-2-5所示， 、两回路中各有一开关、 ，且回路中接有电源，回路中接有灵敏 电流

14、计，下列操作及相应的结果可能的是 、 先闭合，后闭合的瞬间，电流计指针偏转 、 、闭合后，在断开的瞬间，电流计指针偏转 、 先闭合，后闭合的瞬间，电流计指针偏转 、 、闭合后，在断开的瞬间，电流计指针偏转 解析： 回路中有电源，当闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路 中有磁通量，在闭合或断开的瞬间，回路中的电流从无到有或从有到无，电流周 围的磁场发生变化，从而使穿过回路的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时 若是闭合的，则回路中有感应电流，电流表指针偏转。所以、正确。 拓展： 这类问题，首先要判断该电流的磁场方向，从而确定是否有磁感线穿过线 圈平面，然后再根据电流的变化情况判断磁通

15、量是否变化，若产生磁场的电流虽 然发生了变化，但穿过线圈平面的磁通量始终为零，那么闭合回路中也不会产生 感应电流。如将图 4-2-5中的回路换成一根通过回路的一条直径的充分长通电直导 线，则不论直导线中的电流如何变化，回路也不会产生感应电流。 例恒定的匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向。当线 圈在此磁场中作下列哪种运动时，线圈能产生感应电流？ .线圈沿自身所在的平面作匀速运动 .线圈沿自身所在的平面作加速运动 .线圈绕任意一条直径作匀速转动 .线圈绕任意一条直径作变速转动 解析： 线圈沿自身所在的平面作匀速运动时线圈中磁通量不变；线圈沿自身所在 的平面作加速运动时线圈中磁

16、通量也不变，所以线圈中没有感应电流。线圈绕任 意一条直径作匀速转动时线圈中磁通量有变化，线圈绕任意一条直径作变速转动 时线圈中磁通量也有变化，所以线圈中有感应电流。正确答案是、。 拓展： 这道高考题的立意是考查考生对产生感应电流的条件是否掌握。同时也考 查了考生的空间想象能力。解决这一类问题的关键是看线圈中的磁通量是否变化。 能力训练 、如图 4-2-6，竖直放置的长直导线中通有恒定电流，有一矩形线框与导线在同一 平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是（） 、导线中电流强度变大、线框向右平动 、线框向下平动、线框以边为轴转动 、线框以直导线为轴转动 、下列关于产生感应电流的说法中，正确的是（） 、只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流产生 、只要闭合导线做切割磁感线的运动，导线中就一定有感应电流 、闭合电路的一部分导体，若不做切割磁感线运动，则闭合电路中就一定没有感应电流 、当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就一定有感应电流 、 如图4-2-7所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线在同一平面， 且处于两直导线的中央，则线框中有感应电流